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7/24/2019 UNIDAD 8 - FLUJO DE FLUIDO EN TUBERIAS 2015-II.pdf
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MECANICA DE FLUIDOS
Flujo de Fluidos en Tuberas
Cdigo : 01433
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Flujo de Fluidos en Tuberas
OBJETIVO Entender el comportamiento de fluidos entuberas y el anlisis del flujo, calcular las perdidas asociadascon el flujo en tuberas y determinar la potencia de bombeo.
ALCANCE Adquirir criterios que se deben aplicar pararesolver los problemas planteados, sobre el presente tema.
CONTENIDO En este trabajo se desarrollaron los puntosque se sealan a continuacin.
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CONTENIDO
Captulo I: Flujo de Fluidos en Tuberas?
Captulo II: Transporte de Fluidos
Capitulo III: Viscosidad
Capitulo IV: Energa
Capitulo V: Perfil de Velocidad
Capitulo VI: Velocidad Promedio Capitulo VII:Reynolds
Capitulo VIII:Caida de Presin
Capitulo IX: Potencia de Bombeo
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Flujo de Fluidos en Tuberas?
Todo lo que entra es igual a todo lo que sale!!!!!!!este principio
termodinmico; sostiene que la energa no se crea ni se destruyesolo se transforma en diversas formas.
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Transporte de Fluido
PARA LA COMBUSTION
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Una curva isoterma es unalnea que sobre un diagramarepresenta los valoressucesivos de las diversasvariables de un sistema enun proceso
Transporte de Fluido
PARA LA COMBUSTION
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2rs rea Succin (cm2)
Caudal (cm2) sVQ
e=8.06cm
s=6.84cm
e=0.38359cm2/sgT1=70O
C
i=35mm
i=55mm
le=49.8mm
ae=26mm
as=26mm
ls=35.7mm
alA rea (cm2)
s=0.38359cm2/sg h=37mm
38359.0Viscosidad (cm2/sg)200RPM (cm2/sg)
4
2
DA
AD
4
Transporte de Fluido
PARA LOS DIFERENTES SISTEMAS
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Una bomba transfiere energa mecnica a un fluidocuando
aumenta su presin
Una turbina extrae esa energa cuando hace bajar su presin
Transporte de Fluido
SISTEMA DE LUBRICACION
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Transporte de Fluido
SISTEMA DE REFRIGERACION
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Caldera
Intercambiador de calor
Bombas, calderas, turbinas a gas de motor de un helicptero,
compresores, condensadores, vlvulas.
Transporte de Fluido
SISTEMA DE REFRIGERACION
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Viscosidad
QUE ES?Atraccin molecular muy fuerte
saleentrasistem EEE
sistemE t
saleentrasistem WQE saleentrasistem QWE
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Energa
FORMAS COMO SE EXPRESA
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Energa
COMO SE PRESENTA?Realizando un trabajo o mediante un cambio de temperatura
saleentrasistem EEE
sistemE t
saleentrasistem QWE saleentrasistem WQE saleentrasistem QWE
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ECUACION DE LA VISCOSIDAD DE NEWTON
Esfuerzo
Newtoniano de
Cortante
Tasa de Deformacino Espesor de Fluido
Gradiente de deformacin es lineal.pero puede tener otras formas
Perfil de Velocidad
Esfuerzo Cortante
Constante de
Proporcionalidad
A
F
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Viscosidad Dinmica- Absoluta
Viscosidad Cinemtica
Perfil de Velocidad
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La Velocidad Promedio
CUAL ES?Segn el principio de conservacin de masa es:
dAmA
)(
CTEmsist
RA
2
A
dA
Vm Aprom
)(
)2(
)2)((
2R
drr
Vm Aprom
A
prom drr
R
Vm ))((2
2
AVm
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Osborne Reynolds
DE ACUERDO A SU VELOCIDADEl cambio de flujo depende de factores como: la velocidad, la
rugosidad y temperatura de la superficie, el tipo de fluido y lageometra entre otros. En 1880, O. Reynolds descubri que elrgimen del flujo depende principalmente de la razn de fuerzasinerciales a fuerzas viscosasen el fluido. Es ADIMENSIONAL
hpromhprom
DV
v
DVRe
v
VISCOCIDAD CINEMATICA
Re Mayores F. Inerciales proporcional con ladensidad y al cuadrado de la velocidadRe Menores F. Viscosas son grandes
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Osborne Reynolds
POR SU DIAMETRO HIDRAULICOLas tuberas de seccin circular resisten grandes diferencias de
presin entre el exterior y el interior sin distorsin
p
ADh
4
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Flujo en TuberasEjercicioDetermine si el flujo es laminar o turbulento si fluye gasolina a 25OC en
una tubera cuyo dimetro interior es de 150mm. La velocidad promediodel flujo es de 3.6m/sg
1
3
1087.2
)15.0)(6.3)(680(Re
msg
m
ft
slug
VDRe
708
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Flujo en TuberasEjercicioUna tubera de =4pulg conduce 0.20 ft3/sg de glicerina (sg = 1.26) a 100F. .El flujo es laminar o turbulento?.
AVQ
)12
1(0.4
in
ftinD
3105.7
)94.1)(333.0)(29.2(
Re
ftsg
ft
49.2
VDRe
4/)0.4(
)20.0(
2
3
insg
ft
V
2
2
144ftin
sgft29.2
ft333.0
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Cada de Presin y de Carga
CAUSA POcasionada por efectos viscosos, las tuberas de seccin circular
resisten grandes diferencias de presin entre el exterior y elinterior sin distorsin
2
2
12
promV
D
LfPPP
Factor de friccin de Darcy
2
8
promVf
Tubera Circular laminar
2
64
promDVf
Re
64
Las perdidas de carga se expresan en altura de la columna de fluido
ghP g
VDLf
gPh
promLL
2
2
La altura adicional que el fluido necesita para elevarse por medio deuna bomba con la finalidad de superar las prdidas por friccin en la
tubera
Perdida de Carga
Perdida de Presin
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Potencia de Bombeo
DEFINICIONLa potencia de bombeo necesaria para superar la prdida de carga
se determina a partir
LLLbomba ghmghVPVW
Para tuberas horizontalesL
PR
L
DPP
L
RPPVprom
3232
)(
8
)( 22212
21
L
DgLSenPVprom
32
)( 2Velocidad Promedio
Potencia de Bombeo
L
DP
L
DPPR
L
RPPAVV prom
128128
)()(
8
)( 442122
21
Ley de Poiseuille
L
DgLSenPAVV prom
128
)( 4
Flujo Volumtrico
TUBERIAS INCLINADAS
La fuerza adicional es el componente del peso del fluido en ladireccin del flujo
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Flujo en TuberasEjercicioPor una tubera de =5cm y =40m fluye petrleo a 20C (=888 kg/m3
y =0.800 kg/msg) de manera estacionaria. La presin a la entrada y lasalida de la tubera se mide en 745 y 97 kPa, respectivamente.Determine la razn de flujode petrleo a travs de la tubera si sesupone que la tubera est a) horizontal, b) inclinada 15hacia arriba, c)inclinada 15hacia abajo. Tambin verifique que el flujo a travs de latubera es laminar.
4/2
DA
12 PPP
Flujo estacionario entonces incompresibleEl tramo no incluye bombas, codos, vlvulas, uniones
kPaP 64897745
22 001963.04/)05.0( mA
)40)(800.0(128
)05.0()648( 4
VkPa
Nm
1
1000 2
N
sgmkg
1
/1 2
L
DgLSenPAVV pr om
128
)( 4
sgmV /00311.0 3
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Flujo en TuberasEjercicio
A
VVprom
)/800.0(
)05.0)(/80.1)(/888(Re
3
sgmkg
msgmmkg
2
2
1
/1
mPa
sgmkg
Para Flujo con Angulo de 15 positivo
)40)(/800.0(128
)05.0(15)40)(/81.9)(/888(1648000( 423
msmkgSenmsgmmkgPaV
sgmV /00267.0 3
Para Flujo con Angulo de -15 negativo
Se debe elegir la mas alta de las tasas de flujo
2
3
001963.0
/00354.0
m
sgm
sg
m80.1
100
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Flujo en TuberasEjercicioPor una tubera de =0.5in y 120 ft de largo fluye petrleo a 80F (=56.8
lbm/ft3y =0.0278 lbm/ft de manera estacionaria. Durante el flujo, lapresin en la entrada y salida de la tubera se mide en 120 y 14 psi,
respectivamente. Determine la razn de flujo del petrleo a travs de latubera, si se supone que la tubera est a) horizontal, b) inclinada 20hacia arriba y c) inclinada 20hacia abajo.
4/2DA 12 PPP
Flujo estacionario entonces incompresible
No incluye bombas, codos, vlvulas, uniones
L
DgLSenPV
128
)( 4
psi
ftlbf
1
/144 2
lbf
sgftlbm
1
/2.32 2
psiP 10614120
22 001364.04/)12/5.0( ftftinA
)120)(/0278.0(128
)12/5.0()106( 4
ftsgftlbm
ftpsiV
En posicin Horizontal Angulo=CERO
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Flujo en TuberasEjercicio
2/144
1ftlbf
psi2/2.32
1sgftlbm
lbf
20)120)(2.32)(8.56(23 Senft
sgft
ftlbmgLSen
)120)(/0278.0(128
)12/5.0()2.16106( 4
ftsgftlbm
ftpsiV
En posicin con Angulo=20
psigLSen 2.16
psi
ftlbf
1
/144 2
lbf
sgftlbm
1
/2.32 2
sgftV /00923.0 3
En posicin con Angulo=-20
En ratio
sgftV /0126.0 3
A
VV
2
3
001364.0
/126.0
ft
sgft sgft/24.9
VDRe
sgftlbm
ftsg
ft
ft
lbm
/0278.0
)12
5.0)(24.9)(8.56(
3
787
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Flujo en TuberasEjercicioSe tiene agua a 10C (=999.7kg/m3y =1.307x10-3kg/m s) que fluye de
manera estable en una tubera de =0.20cm y 15 m de largo a unavelocidad promedio de 1.2 m/s. Determine: a) la cada de presin, b) laprdida de carga y c) la necesidad de potencia de bombeo para superaresta cada de presin. Respuestas: a) 188 kPa, b) 19.2 m, c) 0.71 W.
4/2DA 12 PPP
Flujo estacionario entonces incompresible
No incluye bombas, codos, vlvulas, uniones
L
DgLSenPV
128
)( 4
psi
ftlbf
1
/144 2
lbf
sgftlbm
1
/2.32 2
psiP 10614120
22 001364.04/)12/5.0( ftftinA
)120)(/0278.0(128
)12/5.0()106( 4
ftsgftlbm
ftpsiV
En posicin Horizontal Angulo=CERO
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Flujo en TuberasEjercicioSe tiene agua a m, c) 0.71 W.
En posicin Horizontal Angulo=CERO
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Flujo en TuberasEjercicioPor una tubera de =40cm fluye petrleo a una velocidad promedio de 0.5
m/s con =894 kg/m3 y =2.33 kg/ms. Una seccin de 300m de largo deloleoducto pasa a travs de las aguas congeladas de un lago 0C. Sinconsiderar los efectos de entrada, determine la potencia de bombeorequerida para superar las prdidas de presin y para mantener el flujode petrleo en la tubera
AVV
12 PPP
Flujo estacionario entonces incompresible
No incluye bombas, codos, vlvulas, uniones
VDRe
psi
ftlbf
1
/144 2
lbf
sgftlbm
1
/2.32 2
psiP 10614120
22 001364.04/)12/5.0( ftftinA
4
)4.0()5.0(
2m
sg
mV
En posicin Horizontal Angulo=CERO
sg
m3
0628.0
sgm
kg
msg
m
m
kg
33.2
)4.0)(5.0)(94.8(
Re3
7.76
Fl j T b
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Flujo en TuberasEjercicioPor una tubera de = 0.12 in ( 0.010 ft) y 30 ft de largo, fluye agua de
manera estacionaria a 40F (=62.42 lbm/ft3 y =1.038 103 lbm/ft s)en una tubera horizontal con una velocidad promedio de 3.0 ft/s
Determine a) la prdida de carga, b) la cada de presin y c) la necesidadde potencia de bombeo para superar esta cada de presin
AVV
Re/64f
Flujo estacionario entonces incompresible
No incluye bombas, codos, vlvulas, uniones
VDRe
psi
ftlbf
1
/144 2
lbf
sgftlbm
1
/2.32 2
1803
64
Re
64f
2
2
/2.32(2
)/3(
01.0
)30()0355.0(
sgft
sgft
ft
fthL
sgft
lbm
ftsg
ft
ft
lbm
3
3
10038.1
)01.0)(3)(42.6(
Re
Despreciar los efectos de entrada
g
V
D
Lfh
prom
L2
2
1803
0355.0
ft9.14
2
2
prom
L
V
D
LfPP
PVWbomba
sg
ftlbfW
737.01
Fl j T b
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Flujo en TuberasEjercicioTubera horizontal y de seccin constante, las perdidas son por friccin
4/)01.0()3( 2
ftsg
ft
V
2
)3)(42.62(
01.0
30)0355.0(
23sg
ft
ft
lbm
ft
ftPL
W30.0
)
2.32
1(
2sg
ftlbm
lbf
psiftlbfPL 45.6/929 2
Flujo Volumtrico y potencia de bombeo
sgft /000236.0 3
)929)(000236.0(2
3
ft
lbf
sg
ftPVWbomba
sg
ftlbf
W
737.0
1
A t E ti
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Aspectos Energticos
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33/34
Bibliografa
E
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34/34
Energa
FORMAS COMO SE PRESENTA